CERN ja Hiukkasfysiikan kokeet Mikä se on? Mitä siellä tehdään? Miksi? Mitä siellä vielä aiotaan tehdä, ja miten? Tapio Lampén

CERN = maailman suurin hiukkastutkimuslaboratorio Sveitsin ja Ranskan rajalla, Genevessä Tiedemiehet CERNin 22 jäsenvaltiosta kokoontuvat yhteisten laitteiden ääreen Esimerkiksi 100m maan alla kulkeva, 27km pitkä LHC-hiukkaskiihdytin

LHC-kiihdyttimellä kiihdytetään protoneita lähes valonnopeuteen (99.9999991 %) (kiihdytinlaboratorion vierailulla lisää tietoa hiukkaskiihdyttimistä!) Protonit kulkevat kahdessa suihkuputkessa, ja ne ohjataan törmäämään keskenään muutamissa tarkkaan valituissa kohdissa

Protonien törmätessä syntyy pieneen tilaan valtaisa energiatiheys, josta syntyy uusia hiukkasia

Törmäykset mitataan valtavilla mittalaitteilla (aikaisemmin sumukammioita, nykyään pii-ilmaisimista tehtyjä järjestelmiä) Atlas-koeasema CMS-koeasema virtuaalivierailun kohde!!

CMS-koe 100m maan alla pituus 30 m, halkaisija 15 m protonit protonit

CMS:n koeluola (CMS avattu huoltotöitä varten)

Tällä kaikella tutkitaan aineen perusrakennetta 10 m 1m -1 10 m -2 10 m 10 m-3 (mm) 1000 kertaa suuremmalla mittakaavalla näemme atomin (10-10m) -4 10 m -5 10 m -6 10 m -7 10 m

CERNissä tutkitaan aineen syvintä rakennetta... Methodology

Tutkitaan tunnettuja voimia Sähkömagneettinen vuorovaikutus: radioaallot, infrapunasäteily, näkyvä valo, UV-säteily, röntgensäteily, gammasäteily Heikko (ydin-)vuorovaikutus: liittyy mm. radioaktiiviseen -hajoamiseen Vahva vuorovaikutus: pitää atomiytimet koossa (Painovoima:) ei ymmärretä alkeishiukkasten tasolla

Miksi? Osa tiedemiesten löytämistä alkeishiukkasista on stabiileja ja muodostavat normaalin aineen, mutta toiset elävät vain sekunnin osia ja hajoavat sitten stabiileiksi hiukkasiksi. Aikojen alussa, Big Bangin (alkuräjähdyksen) jälkeen nämä olivat sulassa sovussa. Suurten hiukkaskiihdyttimien aikaansaamat valtavat energiatiheydet vastaavat olosuhteita heti alkuräjähdyksen jälkeen = aikakone Universumin alkuun ja olosuhteisiin Näiden kokeiden avulla ymmärrämme tähtien, maan, ihmisten syntyä!!

Ymmärrämme maailmankaikkeutta Aristoteles, Newton, Einstein, Higgs CERNin kokeet ovat välttämättömiä teorioiden testauksessa (Fysiikan laitoksen opetuslaboratorion vierailulla lisää testaamisesta)

Teknologia kehittyy, kun kehitetään uusia laitteita, ja keksinnöille löytyy uusia sovelluksia! Tietojenkäsittely WWW Lääketiede kuvantamislaitteet, tietojenkäsittely, säteilyterapia Läpivalaisulaitteet Tyhjiötekniikka litteät näytöt, aurinkoenergia esimerkki 1800-luvun lopulta: sähkö! (detektorilaboratorion vierailulla lisää tietoa käytännön sovelluksista)

Mitä CERNissä vielä aiotaan tehdä? Hiukkasfysiikan Standardimallin täydentäminen Etsintälistalla mm. Higgsin bosonin tarkemmat ominaisuudet (lukumäärä!) Supersymmetriset hiukkaset (pimeän aineen ongelma) (epä-)symmetria antimaterian ja materian välillä Kvarkkigluoniplasma (aineen olotila, jossa kvarkit ovat vapaita) Lisäulottuvuuksien olemassaolo Mini-mustat aukot (gravitonit, painovoiman välittäjähiukkaset) Vieläkin raskaammat alkeishiukkaset? LHC aloittanut toiminnan entistä korkeammalla 13TeV energiaalueella, on mahdollista että löytyy jotain täysin odottamatonta!

Helsingin yliopisto CERNissä Helsingin yliopistona ja Fysiikan tutkimuslaitoksen kautta Suomi osallistuu CERNin tutkimushankkeisiin

Eikä siinä vielä kaikki CLOUD-koe Ilmakehätieteen osasto tutkii ilmakehän ilmiöitä CERNin hiukkaskiihdyttimillä

Yhteenveto CERN on maailman suurin hiukkastutkimuslaboratorio CERNissä tutkitaan aineen perusrakennetta: alkeishiukkasia ja niihin vaikuttavia voimia Perustutkimusta, joka tähtää uuden löytämiseen ja ymmärtämiseen CERN:n LHC-törmäyttimen avulla on jo löydetty Higgsin bosoni, edessä uusia tutkimusmahdollisuuksia: uusi 13 TeV energia-alue! tutkittavia asioita mm. massan alkuperä, supersymmetria, lisäulottuvuudet, mahdollisuus myös löytää jotakin odottamatonta! Lisätietoa: http://opendata.cern.ch/

LHC:ssä kiertää 100.000 miljardia protonia kumpaankin suuntaan 7 TeV liike-energialla liike-energia vastaa tyhjää pendolino-junaa 170 km/h vauhdissa Kerrallaan törmää kuitenkin kaksi yksittäistä protonia niiden liike-energia vastaa lentävää hyttystä Säteileekö LHC-törmäytin? ainoastaan rajatuilla alueilla maan alla; kiihdytintunnelissa kuolee nopeammin janoon kuin säteilyyn Syntyykö LHC:ssä mustia aukkoja, jotka sattuvat nielemään maapallon? yläilmakehässä tapahtuu jatkuvasti hiukkastörmäyksiä, joissa on kyse huomattavasti isommista energioista; ne eivät ole nielaisseet maapalloa toisaalta hyvin nopeasti haihtuvia mini-mustia aukkoja saattaa syntyä

Hiukkasten havaitseminen ja tunnistaminen Rekonstruoituja jälkiä kosmisista myoneista

Hiukkasfysiikan standardimalli

Supersymmetria

CMS:n magneetin ja keskimmäisen osan laskeminen helmikuussa 2007 (2000 tonnia)